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Die vorliegende Erfindung liegt allgemein auf dem Gebiet der passiven Elektrodenanordnungen, die als Entladeelektroden in verschiedensten Anwendungen Verwendung finden.
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Im Einzelnen betrifft die Erfindung insbesondere ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Überwachen der Funktionssicherheit von mindestens einer passiven Elektrode zum Neutralisieren von Oberflächenladungen, insbesondere von Ladungen auf Bahnmaterialien. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes System zum Neutralisieren von solchen Oberflächenladungen.
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Die Verarbeitung verschiedenster Materialien, insbesondere Materialien in Bahnform wie beispielsweise Papier, oder Kunststoffbahnen, erfordert das Vorliegen von Bahnbereichen, welche weitestgehend frei von statischer Elektrizität, insbesondere statischen, auf der Oberfläche der Bahnmaterialien ruhenden Ladungen ist. In vielen Fällen ist eine derartige Ladungsfreiheit generell wünschenswert, um beispielsweise ein unerwünschtes Aneinanderhaften aufeinander geschichteter oder aufeinander zu schichtender Bahnen dieses Materials zu verhindern. In anderen Anwendungsfällen kann es sinnvoll sein, zunächst eine von Ladungen freie Bahnoberfläche zu schaffen, um anschließend gezielt eine ganz bestimmte Ladungsmenge aufzubringen. Ein derartiges Vorgehen ist insbesondere sinnvoll, wenn eine durch die Menge der Oberflächenladungen gezielte Atesionskraft der verschiedenen Bahnlagen hergestellt werden soll oder auch, wenn zur Vorbereitung eines elektrostatisch unterstützten Druckvorganges die Bahnoberflächen beispielsweise einer Papierbahn entsprechend vorbereitet werden sollen.
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Es ist bekannt, für derartige Entladungsvorgänge so genannte aktive Entladeelektroden einzusetzen, welche auf dem Wirkprinzip einer gezielten, zur Ableitung der gesamten Oberflächenladungen in gegebener Zeit ausreichende Ionisierung der zwischen der in geringem Abstand zur Bahnoberfläche angeordneten aktiven Entladeelektrode und der Bahnoberfläche befindlichen Luftmolekülen basiert. Insbesondere, wenn derartige aktive Entladesysteme bzw. aktive Entladelektroden in explosionsgefährdeten Bereichen zum Einsatz kommen sollen, ist die zur ausreichenden Ionisierung erforderliche hohe Spannung, welche an diese passiven Elektroden anzulegen ist, von Nachteil, da es hierbei unter bestimmten Voraussetzungen leicht zu einem unerwünschten zündfähigen Funkendurchschlag kommen kann. Weiterhin sind die erforderlichen hohen Spannungen dieser aktiven Entladeelektroden nachteilig, wenn der Personenberührungsschutz in einem Einsatzbereich nicht wirksam gewährleistet werden kann. Dennoch kommen in der heutigen Technik vorwiegend derartige aktive Entladeelektroden zum Einsatz, da eine Überwachung des über sie abgeleiteten Ionisationsstromes relativ einfach möglich ist. Ein derartiger über die gezielt herbeigeführte Ionisierungsstrecke fließender Strom dient hierbei als Indikator dafür, dass die Funktionsfähigkeit der aktiven Entladeelektrode gewährleistet ist. In dem Fall, dass kein Stromfluss detektiert wird, ist die zur Ableitung der Oberflächenladungen zwingend nötige Ionisierungsstrecke nicht ausgebildet, woraus sich dann schließen lässt, dass die Funktionsfähigkeit der aktiven Entladeelektrode nicht gewährleistet ist.
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Um die oben genannten Nachteile aktiver Entladesysteme bzw. aktiver Entladeelektroden zu umgehen, ist es ferner bekannt, so genannte passive Entladeelektroden einzusetzen, welche nicht auf dem Wirkprinzip einer aktiv und künstlich ausgebildeten Ionisierungsstrecke beruhen. Derartige passive Entladeelektroden sind meisten schnur- oder drahtähnliche Gebilde, zum Beispiel Schnüre mit Carbonfasern, Erdungszungen, Bürsten oder so genannte „Tinsle Bars“. Diese passiven Entladeelektroden sind in geringem Abstand zur zu entladenden Materialbahnoberfläche bzw. Materialoberfläche angeordnet und an ein Bezugs- bzw. Massepotential angeschlossen. Durch ihre zumeist spitze Formgebung bündeln sich an den in Richtung der zu entladenden Oberfläche sich erstreckenden Enden der Einzelelemente die elektrischen Feldlinien, welche von den Oberflächenladungen ausgehen, so dass durch die resultierende hohe elektrische Feldstärke ein Abfließen dieser Oberflächenladungen über den geringen Zwischenraum zwischen den Elektrodenelementen und der Oberfläche auch dann gewährleistet ist, wenn dieser Zwischenraum nicht durch aktives Anliegen einer Ionisierungsspannung zusätzlich ionisiert wird.
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Derartige passive Entladeelektroden haben jedoch den Nachteil, dass eine einfache Funktionsüberwachung, d.h. eine dahingehende Überwachung, dass die Elektrode Ladungen ableiten kann, nicht gewährleistet ist.
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Weiterhin besitzen derartige passive Entladeelemente keine strombegrenzenden Bauteile, infolgedessen unter bestimmten Voraussetzungen ein zündfähiger Funke zwischen der zu entladenden Oberfläche und einer einzelnen vorstehenden Faser entstehen kann. Dies kann selbst innerhalb solch einer passiven Entladeelektrode (Entladeschnur, Erdungszunge, Bürste, „Tinsle Bars“ o.ä.) passieren, da Oberflächenladungen auf einer Bahn in den seltensten Fällen homogen sind, sondern im Gegenteil eine Vielzahl an Ladungsbereichen mit unterschiedlicher Ladungshöhe und Vorzeichen aufweisen.
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Insbesondere der Abstand der einzelnen Entladespitzen der Einzelelemente einer derartigen passiven Entladeelektrode zueinander kann das Ausbilden des beschriebenen elektrischen Feldes im Betrieb beeinflussen und somit die Entladeleistung mindern. Dabei geht es um eine optimale Balance zwischen Spitzenabstand und erreichbarer Feldkonzentration mit dem Ziel einer möglichst niedrigen Restladung bei fixem Abstand zur zu entladenden Oberfläche.
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Ausgehend von dieser Problemstellung liegt demnach der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Überwachungsmöglichkeit der Funktionssicherheit derartiger passiver Entladeelektroden zum Neutralisieren von Oberflächenladungen anzugeben, wobei die Funktionsüberwachung unaufwendig, mit einfachen Mitteln, zuverlässig und kostengünstig sein soll.
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Diese Aufgabe wird einerseits durch ein System zum Neutralisieren von Oberflächenladungen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und andererseits durch ein Verfahren zum Überwachen der Funktionssicherheit von mindestens einer passiven Elektrode gemäß dem Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruches 8 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens in den entsprechenden abhängigen Ansprüchen angegeben sind.
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Demgemäß betrifft die Erfindung insbesondere ein System zum Neutralisieren von Oberflächen der Ladungen, wobei das System mindestens eine passive Elektrode zum Neutralisieren von Oberflächenladungen entlang eines zwischen der mindestens einen passiven Elektrode und den Oberflächenladungen ausgebildeten Ionisationsbereiches und einen Erdungsleiter aufweist, über den die mindestens eine passive Elektrode mit einem Bezugspotential, insbesondere mit dem Masse- oder Erdungspotential, galvanisch verbunden ist. Zum Überwachen der Funktionssicherheit der mindestens einen passiven Elektrode ist vorgesehen, dass das System ferner eine Bezugspotential-Widerstandsüberwachungseinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, einen Bezugspotentialwiderstand des Erdungsleiters (entweder direkt oder indirekt) zu ermitteln. Bei dem Bezugspotentialwiderstand des Erdungsleiters handelt es sich insbesondere um den elektrischen Widerstand des einerseits mit der mindestens einen passiven Elektrode und andererseits mit dem Bezugspotential und insbesondere mit dem Masse- bzw. Erdungspotential galvanisch verbundenen Erdungsleiters.
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Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass die mindestens eine passive Elektrode, welche zum Neutralisieren von Oberflächenladungen und insbesondere zum Neutralisieren von Ladungen auf Bahnmaterialien dient, über einen Erdungsleiter mit einem Bezugspotential, insbesondere mit dem Masse- bzw. Erdungspotential, verbunden ist, wobei zum Überwachen der Funktionssicherheit der mindestens einen passiven Elektrode der elektrische Widerstand des Erdungsleiters über den Messstromkreis aus Erdungsleiter, einem festgelegten elektrischen Widerstand, einer Rückleitung und einer Auswerteeinheit überwacht wird. Diese Überwachung des Widerstandes des Erdungsleiters mit Hilfe des Messstromkreises ist insbesondere unabhängig davon realisierbar, ob oder ob nicht Ladungen über die Entladeelektrode abfließen.
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Die erfindungsgemäße Lösung weist eine ganze Reihe wesentlicher Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren und Systemen zum Neutralisieren von Oberflächenladungen mittels passiver Ladeelektroden auf. Insbesondere ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. durch das erfindungsgemäße System möglich, nicht nur bei aktiven Entladesystemen, sondern auch bei passiven Entladeelektroden die Funktionssicherheit zuverlässig zu überwachen. Insbesondere wird zur Überwachung der Funktionssicherheit keine zusätzliche Messspannung beim Ionisierungsbereich zwischen der mindestens einen passiven Elektrode und den Oberflächenladungen ausgebildet, so dass keine Spannung zum Erzeugen einer elektrischen Messfeldstärke entlang des Ionisierungsbereiches notwendig ist und somit der Explosionsschutz beim Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen weiterhin voll gewährleistet ist. Weiterhin ist durch das Vermeiden einer zusätzlichen Messspannung ein Berührungsschutz und damit ein Personenschutz wirksam sichergestellt.
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Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass kontinuierlich, bedarfsweise oder zyklisch der galvanische Kontakt zwischen dem Erd- oder Bezugspotential und der passiven Entladeelektrode mittels Überprüfung des festgelegten Widerstandes in dem Messstromkreis erfasst und entsprechend ausgewertet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen Systems ist insbesondere vorgesehen, dass die Bezugspotential-Widerstandsüberwachungseinrichtung einen einerseits über einen Widerstand mit dem Erdungsleiter und andererseits mit dem Bezugspotential (Erdungs- bzw. Massepotential) galvanisch verbundenen Mess- bzw. Rückleiter aufweist, wobei die Bezugspotential-Widerstandsüberwachungseinrichtung ausgebildet ist, beim Neutralisieren von Oberflächenladungen einen durch den Mess- bzw. Rückleiter zum Bezugspotential fließenden Stromfluss zu erfassen und entsprechend auszuwerten. Hierbei ist es grundsätzlich denkbar, wenn der Erdungsleiter zusammen mit dem Mess- bzw. Rückleiter zumindest bereichsweise als Koaxialleiter oder als zweiadriges Kabel ausgeführt sind.
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Die zuvor genannte Ausführungsform weist im Hinblick auf die Funktionssicherheit deutliche Vorteile auf. Insbesondere ist in einer leicht zu realisierenden aber dennoch effektiven Weise eine elektrische Anschlussüberwachung, d.h. eine elektrische Überwachung des Bezugspotentialanschlusses (Masse- bzw. Erdanschlusses) möglich. Durch diese Anschlussüberwachung ist die Detektion möglicher Beschädigungen von Verbindungselementen bzw. des Erdungsleiters frühzeitig und dauerhaft im Betrieb der passiven Entladeelektrode gewährleistet. Hiermit erfährt der Benutzer des Systems bzw. der passiven Entladeelektrode einen deutlichen Mehrwert an Sicherheit und Performance.
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Insbesondere kann die Bezugspotential-Widerstandsüberwachungseinrichtung eine Auswerteeinrichtung aufweisen, welche ausgebildet ist, anhand des erfassten Stromflusses durch den Mess- bzw. Rückleiter und/oder durch den Erdungsleiter einen elektrischen Widerstand des Erdungsleiters zu ermitteln bzw. einen Rückschluss auf einen elektrischen Widerstand des Erdungsleiters zu treffen. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, anhand des erfassten Stromflusses eine funktionssichere Erdung der mindestens einen passiven Entladeelektrode zu detektieren.
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Beispielsweise ist hierzu die Auswerteeinrichtung ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Ergebnis eines Vergleiches des ermittelten elektrischen Widerstandes des Erdungsleiters mit mindestens einem vorab festgelegten oder festlegbaren Wert und/oder in Abhängigkeit von dem erfassten Stromfluss ein entsprechendes Signal auszugeben.
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Gemäß vorteilhaften Realisierungen der Auswerteeinrichtung weist diese eine Warneinrichtung zum Ausgeben eines Warnsignales auf, wobei die Warneinrichtung ausgebildet ist, das Warnsignal auszugeben, wenn der ermittelte elektrische Widerstand der Messstrecke (d.h. des Messstromkreises mit dem darin integrierten, festgelegten elektrischen Widerstand) insbesondere mit einer ggf. vorgesehenen Toleranz von einem festgelegten oder festlegbaren Widerstandswert abweicht. Der vorab festgelegte oder festlegbare Widerstandswert kann beispielsweise einem empirisch ermittelten oder berechneten Widerstandswert entsprechen. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung entspricht der vorab festgelegte oder festlegbare Widerstandswert einem Widerstandswert, bei welchem eine Funktionssicherheit des Systems gerade nicht mehr gegeben ist.
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Durch die Integration der Bezugspotential-Widerstandsüberwachungseinrichtung innerhalb des Systems zum Neutralisieren von Oberflächenladungen ist somit eine externe Auswerteeinheit stets in der Lage, den korrekten elektrischen Anschluss der mindestens einen passiven Entladeelektrode zu überwachen. Das von der externen Anschlussüberwachung generierte Signal ist zur weiteren Verarbeitung nutzbar. Dem Benutzer des Systems liegen hierdurch Informationen über den korrekten elektrischen Anschluss der passiven Entladeelektroden vor. Ebenso ist dieses Signal zur Freischaltung weiterer Funktionen nutzbar. Durch diese AnschlussÜberwachung ist die Detektion möglicher Beschädigungen von Verbindungselementen bzw. des Erdungsleiters frühzeitig und dauerhaft in Betrieb des Systems bzw. der mindestens einen passiven Entladeelektrode gewährleistet.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung eine exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung näher beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 schematisch eine Prinzipskizze einer exemplarischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zum Neutralisieren von Oberflächenladungen.
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In 1 ist schematisch eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems 1 zum Neutralisieren von Oberflächenladungen gezeigt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist an einem Elektrodengehäuse 8 eine Vielzahl passiver Elektroden 2 angeordnet, welche sich in Richtung eines zu entladenden Bahnmateriales, welches Oberflächenladungen trägt, erstrecken. Die einzelnen passiven Elektroden 2 sind jeweils über einen Hochspannungswiderstand 9 galvanisch mit einer Erdungsleitung 3 verbunden, wobei die Erdungsleitung 3 wiederrum an einem Bezugspotential 4, wie beispielsweise dem Massepotential, angeschlossen ist.
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Zur Überwachung des Masseanschlusses der Erdungsleitung 3 kommt eine Bezugspotential-Widerstandsüberwachungseinrichtung 5 zum Einsatz. Bei dem in 1 schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Bezugspotential-Widerstandsüberwachungseinrichtung 5 einen Mess- bzw. Rückleiter 6 auf, welcher über einen Codier-Widerstand 10 galvanisch mit dem Erdungsleiter 3 einerseits und andererseits mit dem Bezugspotential 4 (Massepotential) verbunden ist.
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Beim Neutralisieren von Oberflächenladungen über die passiven Entladeelektroden 2 fließt ein Entladestrom über den Erdungsleiter 3 zu dem Bezugspotential 4 (Massepotential). Ein Teil dieses Entladestromes fließt über den Codier-Widerstand 10 und die Mess- bzw. Rückleitung 6 über eine Auswerteeinrichtung der Bezugspotential-Widerstandsüberwachungseinrichtung 5 ebenfalls zu dem Bezugspotential 4 bzw. Massepotential. Bei dem in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel sind zumindest bereichsweise der Erdungsleiter 3 und der Mess- bzw. Rückleiter 6 als Koaxialkabel 7 ausgeführt; allerdings ist diese Ausführungsform keinesfalls als einschränkend anzusehen; vielmehr ist es beispielsweise auch denkbar, für beide Leiter (Erdungsleiter 3 und Mess- bzw. Rückleiter 6) separate Kabel oder ein zweiadriges Kabel zu verwenden.
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Zum Überwachen der Funktionssicherheit der passiven Entladeelektroden 2 wird über den Messstromkreis aus dem Erdungsleiter 3, dem festgelegte Codier-Widerstand 10, Mess- bzw. Rückleitung 6 und Auswerteeinheit 5 der Anschluss überwacht. Dies auch unabhängig davon, ob Ladungen über die Entladeelektroden 2 abfließen.
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In vorteilhafter Weise weist die Auswerteeinrichtung eine Warneinrichtung auf, welche ausgebildet ist, ein Warnsignal auszugeben, wobei das Warnsignal insbesondere dann ausgegeben wird, wenn der (indirekt) ermittelte elektrische Widerstand des Erdungsleiters 3 einen vorab festgelegten oder festlegbaren Widerstandswert überschreitet. Dieser vorab festgelegte oder festlegbare Widerstandswert ist vorzugsweise so gewählt, dass er einem Widerstandswert entspricht, bei welchem eine Funktionssicherheit des Systems 1 gerade noch gegeben ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.
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Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass mehrere Messstromkreise vorgesehen sind, wobei jeder einzelne Messstromkreis einer vorab festgelegten Gruppe von Entladeelektroden 2 zugeordnet ist, um die Funktionssicherheit dieser Gruppe von Entladeelektroden 2 entsprechend zu überwachen.
